JP2010056319A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理工程における反りが少なく、ダイシングの際にも生産性が高く高品質な半導体装置の製造方法、およびそれにより製造された半導体層装置を提供する。
【解決手段】製造方法は、半導体基板上に複数の機能素子を行列状に形成する工程と、前記ウェハの機能素子が形成された面上に、感光性樹脂膜を形成する工程と、行列状に形成された前記複数の機能素子を区画するように、前記感光性樹脂膜に格子状の溝部を形成する工程と、前記ウェハと、これと略同じサイズの支持基板を、前記感光性樹脂膜を介して接着する工程と、前記ウェハと支持基板が接着された積層板を、前記感光性樹脂膜の溝部においてダイシングし、前記複数の機能素子を個片化する工程とを具備する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体基板と支持基板を貼り合わせた構造を有する半導体装置の製造方法と、それにより製造された半導体装置に関する。

半導体装置において、パッケージの小型化が種々検討されている。その１つとしてウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）がある（例えば、特許文献１参照）。この技術は、ＭＥＭＳ機能素子のパッケージや、固体撮像装置のパッケージとして、採用が検討されている。

固体撮像装置の場合は、半導体基板を貫通させて形成した電極により、半導体基板の表面に形成された信号線、電源線を、半導体基板の裏面側に引き出し、裏面内で配線および半田ボールランド、保護膜を形成した後、半田ボール電極を形成している。この構造を用いる場合、貫通電極を形成し易くするために、半導体基板を薄膜化する必要がある。薄膜化された基板は、そのままでは配線などを形成する際に取り扱いが困難であるため、これを支持する役目をする支持基板が必要となる。撮像素子の場合には光を取り込む為支持基板としては透光性の光学ガラス基板などを樹脂系接着剤などを用いて貼り付けている。しかし、貼りあわされた基板は、上記貫通電極及び裏面側配線形成工程中の、特に熱処理工程中において、接着剤に含まれる溶剤や水分などが発生することで、両者が剥離することがある。

例えば、ＣＭＯＳイメージセンサを形成した半導体基板とガラス基板を貼り合わせ、貫通電極を形成して、画素面とは対向する面（背面）に配線を引き出し、半田ボールを形成する構造では、貫通電極を形成する製造工程で２００℃程度の熱処理工程を有している。また半田ボール電極を形成する際には例えばＳｎＡｇ系半田で有れば２６０℃前後のさらに高温に晒される。半導体基板とガラス基板は、接着剤層を介して貼り合わされた３層構造となっているため、熱処理工程中に反りが発生することにより製造装置中での搬送エラーになったり熱伝導が充分でなく所望の膜厚が得られない事が生じる。また材料が有している水分や溶剤がガス化することにより、基板が剥離してしまう問題が生じる。反りが生じた場合は、製造工程を進められず、剥離が生じると歩留り低下および実装時に不良が発生し、いずれの場合も生産数量の低下を招く。また、温度サイクル試験での不良が発生するなど、信頼性にも影響を及ぼす。また上記構造を有するため半導体基板（ウェハ）を個片化（チップ化）する際、シリコン等の半導体基板、接着剤層、ガラス基板の３層をダイシングする必要があり、基板へのチッピングなどのダメージや個片化後のチップ寸法のばらつきが大きくなるなどの問題が生じている。
特開２００８−１０５１６２

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、半導体基板と支持基板を接着剤層で貼り合わせた構造を有しながらも、熱処理工程における反りが少なく、ダイシングの際にも生産性が高く高品質な半導体装置の製造方法、およびそれにより製造された半導体層装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に複数の機能素子を行列状に形成する工程と、前記ウェハの機能素子が形成された面上に、感光性樹脂膜を形成する工程と、行列状に形成された前記複数の機能素子を区画するように、前記感光性樹脂膜に格子状の溝部を形成する工程と、前記ウェハと、これと略同じサイズの支持基板を、前記感光性樹脂膜を介して接着する工程と、前記ウェハと支持基板が接着された積層板を、前記感光性樹脂膜の溝部においてダイシングし、前記複数の機能素子を個片化する工程とを具備することを特徴とする。

また、本発明の半導体装置は、方形の半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、周辺が前記半導体基板の端部よりも後退し、中央部に開口を有する樹脂層と、前記半導体基板と同一サイズで、前記樹脂層を介して前記半導体基板上に載置された支持基板と、前記半導体基板、樹脂層、支持基板の少なくとも側面を覆う外装部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、半導体基板と支持基板を接着剤層で貼り合わせる構造を有しながらも、熱処理工程における反りが少なく、ダイシングの際に生産性が高く高品質な半導体装置の製造方法、およびそれにより製造された半導体層装置を提供することができる。

以下、ＣＭＯＳイメージセンサを有したカメラモジュールを例にとり、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るカメラモジュールの模式的断面図である。機能素子として複数のＣＭＯＳイメージセンサを有する半導体チップ１０Ｃと、例えばガラス基板のような透光性を有する支持基板１３が、樹脂系接着剤１１を介して接着されている。半導体チップ１０Ｃの第１主面（上面）の画素が形成された部分上には中空部分１２が形成されている。これはマイクロレンズ上に形成される材料は低屈折率である事が光学特性上好ましい為中空構造にしており、低屈折率の樹脂系接着剤を使用する場合には、中空部分１２は無くても構わない。

半導体チップ１０Ｃの第１主面に対向する第２主面（下面）には半田ボール（裏面電極）１６が形成されており、第１主面のイメージセンサ（不図示）と、半導体チップ１０Ｃに設けられた貫通電極（不図示）を通じて接続されている。ガラス基板１３の上には、例えば耐熱性樹脂製のレンズユニット１４が載置され、遮光のための外装部１５が接着剤を用いて取り付けられている。外装部１５は金属または樹脂で形成され、レンズユニット１４の上部を露出する開口部１８を有している。

次に、図１のカメラモジュールの製造方法を図２〜図４を参照して説明する。図２は、半導体基板１０に接着剤層（感光性樹脂層）１１を形成し、パターニングした後に、接着剤層１１の上方から見た上面図である。白抜きの部分が中空部分１２に相当する。また、接着剤層１１には、格子状の溝部（切り欠き部）１７が形成されている。この溝部１７が、後述のダイシング工程におけるダイシングラインとなる。

図３は、図２の接着剤付きウェハの上面にガラス基板１３を接着させて後の、図２のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。接着剤層１１は、複数のイメージセンサを区画するように、溝部１７により分離されている。図４は図１のカメラモジュール製造工程中の個片化（ダイシング）工程までを示すフローチャートである。

先ず、既知の方法で複数のＣＭＯＳイメージセンサが行列状に配列して形成された半導体基板（ウェハ）１０を準備する（図４のＳ１）。このウェハ１０を１２０℃の窒素雰囲気中にて乾燥後、例えばスピンコータにて感光性接着剤を所望の膜厚（例えば、３０μｍ）となるように塗布しベークを行なう（Ｓ２）。次いで、所望のパターンになるようなマスクを用いて、例えばｇｈｉ線のブロードバンド光により露光し、現像処理及び後乾燥することで、図２のようなパターンを形成する（Ｓ３）。溝部（切り欠き部）１７の幅は、例えば１５０μｍとする。

その後、半導体ウェハ１０と略同一形状で、例えば厚さ３５０μｍのガラス基板１３を、半導体ウェハ１０と接着させる（Ｓ４）。例えば２００ｍｍ径の半導体ウェハとガラス基板の接着は、０．１Ｐａ程度の真空中で１４０℃程度の熱を加え、０．５ＭＰａで１０分間程度加圧することにより行なわれる。接着後の断面図が、前述の図３である。

なお、感光性接着剤の形成方法は、塗布法に限るものではなく、例えば厚さ５０μｍの感光性接着剤樹脂シートを、半導体ウェハまたはガラス基板上に載置し、パターニングした後、半導体ウェハとガラス基板を０．５Ｐａ程度の圧力で圧着させてもよい。

その後、半導体ウェハの厚さを、初期値の７２５μｍから１００μｍ程度まで、例えばＣＭＰ等で薄膜化し、イメージセンサの配線を裏面に取り出すための貫通孔をエッチングにて形成する。続いてシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成し貫通孔内の絶縁膜をエッチング開口し、その後例えばＣｕメッキにて貫通孔に貫通電極を形成し、半導体ウェハ１０の裏面に配線を形成する（Ｓ５）。上記配線が2層以上の多層になっても構わない。

次に、半導体ウェハ１０の裏面に保護膜（不図示）を形成後、配線上の所定の位置に半田ボールを載置し、リフローすることにより、図１に示すボール電極（裏面電極）１６を形成する（Ｓ６）。その後、図５に示すように、シリコン基板を粘着シート（ダイシングテープ１９）等に貼り付けて、図２の溝部１７の中央にそって、例えばダイシングソー（ブレード）でダイシングする。このダイシング時のブレード幅を例えば１００μｍとすれば、溝部の幅が前述のように１５０μｍであるので、接着剤層１１にブレードが当たらない。

硬度の低い接着剤層を無くすことにより、ガラス基板１３と半導体基板１０のみをフルカットすればよいので、ブレードに対する負荷も小さくなる。即ち、半導体基板１０と<修正>接着剤層１１とガラス基板１３といった硬度が大きく異なる材料界面を有さないので、ダイシングブレードが安定化し、チッピング等の発生も少なくなり品質が向上する。加えて、ダイシングスピードの高速化が図れ、生産性を向上することができる。

なお、ダイシング方法は、ブレード方式に限るものではなく、例えばレーザーを用いても良い。レーザー方式の方が、より狭く滑らかにカットできるという利点がある。

本実施形態では、上記のようにダイシング工程の生産性向上という利点以外に、シリコン基板とガラス基板との接着後の反りを少なくすることができるという利点も得られる。これを図６〜図９を参照して説明する。図６は比較例のカメラモジュールの断面図、図７はこの比較例における接着剤層のパターンで、中空部１２を除いて全面に接着剤１１が塗布されている。図８は図７のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

図８に示すように、直径２００ｍｍのシリコン基板とガラス基板を用いて、中空部１２の面積を２．５×２．５ｍｍ、配置ピッチを４ｍｍとして全面で接着した場合の、工程途中のウェハ反り量の変化を図９に示す。シリコンウェハをガラス基板に貼付直後は０．１５ｍｍ程度であったものが、シリコン基板の薄膜化後で０．４ｍｍ程度、配線形成後で０．４５ｍｍ程度と、工程が進むに連れて反り量が大きくなる。その後、保護膜形成後で０．２５ｍｍ程度に回復するが、工程途中ではかなりの反り量が発生し、製造歩留りを阻害する要因となる。

これに対し、本実施形態のように、接着剤層１１に格子状の切れ欠きを入れれば、シリコン基板１０とガラス基板１３を接着直後は、０．１μｍ程度の反りが発生したとしても、工程が進むに連れて加えられる膨張係数差に基づくストレスは接着剤の切り欠き部１７で吸収され、反り量は略初期値のままで保護膜形成まで推移する。画素数が異なるイメージセンサにおいては、中空面積及び配置ピッチが異なり反り量も変化するが本発明の実施形態によれば反り量は緩和され異品種を同一製造ラインで製造することが可能となる。さらに、ウェハレベルでの反りを低減させると共に個片化後の反りを低減させる為にダイシング部分と撮像素子の中間部分の樹脂層に１００μｍ程度の溝を追加、即ち、樹脂層は半導体基板上に矩形に形成されるとともに、その中央部に更に溝部を有する構成としても構わない。基板の大口径化（３００ｍｍ径）となっても同じ効果が得られる。

また、接着剤層１１から工程途中でガスが発生したとしても、接着剤切り欠き部１７に取り込まれて半導体基板１０とガラス基板１３の剥離までには至らない。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの具体例に限定されるものではない。すなわち、この具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、上記実施形態ではカメラモジュールを具体例として説明したが、本発明はＭＥＭＳ等の機能素子のパッケージに応用することができる。また、前述した具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

本発明の１実施形態に係るカメラモジュールの断面図。 実施形態における接着剤層形成済みの半導体基板の、ガラス基板側から見た上面図。 図２のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 ガラス基板つきイメージセンサーチップの製造工程を説明する為のフローチャート。 実施形態に係るダイシング工程を説明する断面図。 比較例のカメラモジュールの断面図。 比較例における接着剤層形成済みの半導体基板の、ガラス基板側から見た上面図。 図７のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 反り量の工程中の変化を示す図。

符号の説明

１０…半導体基板、１１…感光性樹脂層（接着剤層）、１２…中空部、１３…ガラス基板、１４…レンズユニット、１５…外装部、１６…半田ボール（裏面電極）、１７…接着剤層溝部（切り欠き部）、１８…開口部、１９…粘着シート（ダイシングテープ）

Claims (5)

1. 半導体基板上に複数の機能素子を行列状に形成する工程と
   前記ウェハの機能素子が形成された面上に、感光性樹脂膜を形成する工程と、
   行列状に形成された前記複数の機能素子を区画するように、前記感光性樹脂膜に格子状の溝部を形成する工程と、
   前記ウェハと、これと略同じサイズの支持基板を、前記感光性樹脂膜を介して接着する工程と、
   前記ウェハと支持基板が接着された積層板を、前記感光性樹脂膜の溝部においてダイシングし、前記複数の機能素子を個片化する工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記感光性樹脂膜を介して接着する工程と前記複数の機能素子を個片化する工程との間に、
   前記半導体ウェハに貫通電極と、前記半導体ウェハの裏面に配線を形成する工程と、
   前記配線上の所定の位置に裏面電極を形成する工程と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記感光性樹脂膜に格子状の溝部を形成する工程は、前記溝部の幅をダイシング時の切削幅よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 方形の半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、周辺が前記半導体基板の端部よりも後退し、中央部に開口を有する樹脂層と、
   前記半導体基板と同一サイズで、前記樹脂層を介して前記半導体基板上に載置された支持基板と、
   前記半導体基板、樹脂層、支持基板の少なくとも側面を覆う外装部と、
   を具備することを特徴とする半導体装置。
5. 前記樹脂層は前記半導体基板上に矩形に形成されるとともに、その中央部に更に溝部を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

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